高效滲透路面在海綿城市中的應(yīng)用

楊錫江 黎璽克

(1.湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518101；2.甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

海綿城市的提出，是為了有效提高城市吸收及存水的能力，在降雨量低的時(shí)候可以利用土壤中凈化儲(chǔ)存的雨水。為了滿足海綿城市的建設(shè)要求，而對(duì)混凝土路面結(jié)構(gòu)提出一定的滲透性要求，路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具備連續(xù)孔隙構(gòu)造。在我國，高效滲透路面的建設(shè)屬于海綿城市建設(shè)的重要組成部分，但由于對(duì)其設(shè)計(jì)方法和施工工藝仍然不盡完善，有待進(jìn)一步研究。本文依托具體工程項(xiàng)目，分析了高效滲透路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)和降雨的滲流過程。

一、工程概況

豐子河路項(xiàng)目位于江蘇省南京市江北新區(qū)，是江北新區(qū)干線路網(wǎng)的重要組成部分。該項(xiàng)目路線起于豐子河路與西江路交叉口，自北向南布設(shè)，沿途與京滬高鐵及三橋連接線立體交叉，終于豐子河路與橋林大道交叉口，路線全長約13.25km。根據(jù)鉆探揭示、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)綜合分析，場(chǎng)地地層如下。

①2素填土（Q4ml）呈灰色、灰黃色，濕潤飽和，主要由軟可塑狀粉質(zhì)粘土夾含植物根莖組成。該層結(jié)構(gòu)較松散，土質(zhì)不均勻，主要為耕植土，層底深度0.30m～3.80m，層厚0.30m～3.80m。

②1粉質(zhì)黏土（Q4 al）呈黃褐色、褐黃色，飽和，可塑，局部軟塑，中壓縮性，切面有光澤，干強(qiáng)度、韌性中等，為新近沉積地層。

②3a粉砂（Q4al）呈灰色，飽和，稍密，中偏低壓縮性，主要成份包括巖屑、石英、云母，顆粒級(jí)配良好。夾薄層狀粉土，小單層厚2mm～3mm，分布不均，局部富集。層底深度4.50m～14.90m，層厚1.00m～5.50m。[fa0]=80kPa，qik=20kPa。

③1粉砂夾粉土（Q4al）呈灰色，飽和，稍密，中偏低壓縮性，主要成份包括巖屑、石英、云母，顆粒級(jí)配良好。夾薄層狀粉土，小單層厚2mm～3mm，分布不均，局部富集。層底深度10.00m～22.80m，層厚1.00m～10.30m。[fa0]=100kPa，qik=30kPa。

地下水水位埋深0.50m～1.0m左右，勘探期間測(cè)得淺層地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高5.50m～6.00m左右。水位變化主要受大氣降水和長江水位的影響，年水位變幅一般在0.5m～1.0m之間。

二、高效滲透路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)及滲流過程分析

高效滲透路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮路面結(jié)構(gòu)和透水性能的使用年限，透水道路路基應(yīng)具備一定強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí)，作為路面結(jié)構(gòu)的承載層，其在荷載作用下應(yīng)具備一定的抗變形能力，滿足剛度要求。為滿足路面的排水要求，將路基橫斷面設(shè)置1%～2%的道路橫坡，路面結(jié)構(gòu)的橫坡月路基橫坡保持一致。一般來說，高效滲透路面的結(jié)構(gòu)依次為高滲透混凝土路面、水泥混凝土基層和穩(wěn)定土基層，路基結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，穩(wěn)定土基層一般為級(jí)配碎石，厚度應(yīng)大于200mm，面層的混凝土等級(jí)應(yīng)不小C20混凝，厚度不小于15cm。在路面縱向4m設(shè)一道縱縫，橫向5m設(shè)置一道橫縫。

圖1 高效滲透路面結(jié)構(gòu)示意圖

三、高效滲透路面滲流過程分析

在混凝土結(jié)構(gòu)路面設(shè)計(jì)中，降雨入滲過程需重點(diǎn)分析。降雨入滲會(huì)引發(fā)路基結(jié)構(gòu)的豎向位移增加，造成土壤孔隙水壓力的變化，對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成一定的飽和擠脹作用，進(jìn)而引起高效混凝土路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。采用有限元分析模擬的方法，得到高效滲透路基路面各層的孔隙水壓力變化，如圖2所示。在時(shí)間t=2.0s時(shí)，路基土的孔隙水壓力上升，且土體豎向具有一定的變形位移，而在t=2.1s時(shí)，土體孔隙水壓力逐漸恢復(fù)，可以認(rèn)為土體基本排水完成。

圖2 不同時(shí)間孔隙水壓力比變化切片

圖3 各層孔隙水壓力變化曲線

各層孔隙水壓力變化曲線，如圖3所示。在一定降雨條件下，作用位置中心混凝土路面結(jié)構(gòu)層孔隙水壓力的變化。由圖3可知，從自然降雨開始至排水結(jié)束，歷時(shí)約2.5s，因此在高效滲透路面混凝土的設(shè)計(jì)中，可以考慮的雨水滯留時(shí)間為2.5s。

四、結(jié)論

本文依托豐子河路道路工程項(xiàng)目，介紹了基本地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，分析了高效滲透路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)及滲流過程。路基路面結(jié)構(gòu)采用高效滲透混凝土路面，強(qiáng)度應(yīng)不小于C20，厚度不小于15cm，穩(wěn)定層采用20cm厚碎石基層，并縱橫向設(shè)置縫隙。降水入滲時(shí)，高效滲透路面的雨水滯留時(shí)間約為2.5s，排水效果良好。